汽车悬架最优控制与半主动控制研究

基于1/4汽车悬架为控制对象,建立了汽车悬架动力学模型.以线性二次型最优(LQG)控制和改进后的半主动开关(on-off)控制为控制策略,在MATLAB/Simulink软件平台上进行仿真.与被动悬架比较,采用正弦激励下的频域分析和随机路面激励下的时域分析,证明了LQG控制和半主动开关控制在汽车控制工程中的可行性.     

基于微分几何法的半主动油气悬架LQR控制

为了对某工程车辆半主动悬架的油气弹簧进行有效控制,分析了油气弹簧弹性力和阻尼力的非线性特性,建立了车辆半主动油气悬架非线性动力学模型.提出了应用微分几何理论并经过非线性状态反馈变换的方法,对半主动悬架非线性系统进行精确线性化,利用线性二次型调节器实现了非线性状态反馈最优控制,并用Matlab/Simulink编程进行仿真实验.仿真得出半主动油气悬架与被动油气悬架相比,显著地提高了车辆的平顺性.研究结果表明此方法可为车辆悬架控制的研究提供参考.     

基于整车的半主动油气悬架滑模控制研究

以提高平顺性为目的,针对油气悬架整车设计了以天棚阻尼为参考模型的滑模控制系统,对4个悬架的阻尼力分别进行控制,建立了非线性半主动油气悬架的七自由度整车模型,使被控车辆振动响应能够跟随参考模型.在Matlab环境中对滑模控制系统的性能进行了验证,仿真车辆以54km/h的速度行驶于D级路面,与被动油气悬架相比,模型参考滑模控制系统能够有效衰减簧载质量的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动.结果表明,基于油气悬架整车的模型参考滑模控制系统对路面激励和车辆参数变化具有较强的鲁棒性,适合应用于非线性油气悬架阻尼控制.     

减速带路面工况下线性和非线性模型悬架的最优阻尼比

为研究减速带路面工况下悬架最优阻尼比,搭建了二自由度汽车悬架线性及非线性模型,并采用Matlab/Simulink软件建立正弦截面减速带路面时域模型以通过仿真验证路面模型准确性。在此基础上,根据ISO标准中频率加权系数设计频率加权滤波网格;探讨脉冲输入下悬架线性模型的局限性,提出考虑车轮离地、撞击限位块场景下的二自由度悬架非线性模型;最后采用振动剂量值VDV和轮荷冲击系数k作为减速带路面工况下平顺性评价指标,仿真比较线性和非线性模型在考虑车轮离地、不同悬架限位块刚度以及不同行驶速度情况下的悬架最优阻尼比。研究表明仅考虑车轮离地非线性情况不会影响最优阻尼比,考虑撞击限位块时,不同限位块刚度以及不同车速均影响最优阻尼比. 该项研究结果为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

自适应半主动悬架系统控制策略

建立了一种自适应半主动悬架的控制策略,能更好地权衡舒适性、操纵稳定性和安全性.首先建立集成了考虑悬架限位的阻尼连续变化(CVD)天棚控制算法的整车模型,并在不同路面和车速下进行仿真分析,建立由悬架动行程均方值估计路面不平度等级的方法;其次,提出一种考虑路面不平度等级的自适应型半主动悬架控制策略;然后采用遗传算法对不同工况下的控制参数进行离线优化;最后将优化后的控制参数用于在线控制,并与传统的被动悬架以及天棚控制的半主动悬架进行对比分析.仿真结果表明:汽车在复杂工况行驶时能有效识别路况信息并进行控制模式切换;在Comfort模式时能有效提高汽车平顺性;在Sport模式时能有效提高汽车的行驶稳定性;在Safe模式时能有效提高汽车行驶安全性.     

基于电液比例阀减振器半主动悬架系统的研究

为提高汽车的平顺性和操纵稳定性,设计了以电液比例阀半主动减振器为控制对象,采用自适应神经网络控制方法的半主动悬架系统。在对电液比例阀减振器阻尼力变化规律进行分析的基础上,建立了基于电液比例阀减振器的半主动悬架模型,采用神经网络自适应控制方法对模型进行了研究。路面输入采用积分白噪声模拟B级路面谱,以簧载质量垂向加速度、悬架动行程以及轮胎动载荷作为评价指标。利用Matlab/Simulink工具箱进行仿真,结果表明,设计的半主动悬架与被动悬架相比,其平顺性与稳定性均得到了良好的改善。     

基于主动半主动混合控制的电磁混合悬架系统设计及试验研究

本文提出了一种采用主动-半主动混合控制的电磁混合悬架,并且具有3种工作模式,分别侧重于改善悬架的隔振性、轮胎接地性和综合性能.结合主动控制与半主动控制的优点,建立了主动-半主动混合控制系统.设计了LQG控制策略,并通过遗传算法确定了各模式下的加权系数.进行了仿真分析,结果表明：采用混合控制的电磁混合悬架相比电磁主动悬架,能够明显减少能量消耗,且控制效果与电磁主动悬架相差不大.最后进行了试验研究,试验结果与仿真结果较为一致,从而验证了电磁混合悬架系统结构的有效性和控制方法的正确性.     

基于阻尼状态切换的装载机座椅悬架控制

为提高装载机驾驶员作业舒适性,提出了一种基于阻尼多状态切换减振器的装载机半主动座椅悬架系统.分析了阻尼多状态切换减振器的设计原理及油液流动行为,建立了阻尼多状态切换减振器数学模型,通过仿真分析获取了减振器4种阻尼状态下的复原阻尼系数和压缩阻尼系数,在此基础上,进一步构建了装载机半主动座椅悬架系统混杂动力学模型,设计了用于座椅半主动悬架的权值系数模糊自适应调整混杂模型预测控制策略,并在随机路面激励输入下进行了控制策略性能仿真分析.仿真结果表明:所提出的装载机半主动座椅悬架及其控制策略能够有效降低座椅垂向振动加速度均方根值,降幅达35.71%,同时改善座椅悬架动行程达30.88%,驾驶员作业舒适性得到显著提升.     

基于遗传算法的汽车主动悬架LQG控制器的设计

采用合适种群规模遗传算法,寻求在一定范围内满足车身垂向加速度、轮胎垂向变形量、悬架动挠度均方根值相对于被动悬架都降低的最优加权系数,设计了基于遗传算法的汽车主动悬架线性LQG控制器。Matlab/Simulink仿真实验表明:采用合适种群规模遗传算法选取最优加权系数的用时数只需常规编程的1.17%;采用最优加权系数的LQG控制器的汽车主动悬架,可以在不影响汽车操纵稳定性和悬架行程的前提下,很好地提高汽车的行驶平顺性。     

汽车阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制

为协调汽车阻尼连续可调半主动悬架舒适性和操稳性之间的矛盾,并考虑减振器阻尼力须满足的非线性约束条件,研究了一种适用于半主动悬架的混杂模型预测控制方法,包括建立半主动悬架单轮车辆模型,提出综合描述舒适性和操稳性的悬架优化控制目标函数及半主动悬架须满足的非线性约束条件。利用混合逻辑动态建模方法描述半主动悬架混杂系统模型,基于模型预测控制理论研究半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制问题。为便于问题求解,将非线性约束优化问题转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划问题,并借助分支定界算法进行求解。在随机路面和正弦波突起路面进行仿真验证后表明,所提混杂模型预测方法明显优于被动悬架和传统线性二次型调节器算法,能有效提高阻尼可调半主动悬架的综合性能,并在不同的路面输入激励和车速下均能取得较好的控制效果。     

考虑汽车悬架动挠度的模糊PID控制

为了提高某型汽车的性能,针对其单筒式油气弹簧建立了数学模型,分析了刚度、阻尼及摩擦力对其悬架动力学的影响.以车辆悬架动挠度为控制输入,建立模糊PID控制模型,应用Matlab/Simulink仿真编程,制定模糊控制规则,设计了半主动悬架模糊PID控制器,并针对瞬态激励输入进行仿真.仿真结果表明:模糊PID控制策略在半主动悬架控制的应用,改善了车辆平顺性,使响应快速稳定同时振荡减小.      

基于油气悬架的越野车辆三级阻尼可调技术研究

针对某型越野车辆设计了三级阻尼可调油气悬架,在对其结构和工作原理进行分析的基础上,建立了阻尼数学模型.通过仿真分析、台架试验及实车平顺性道路试验检验,表明所建立的阻尼数学模型是正确的.该三级阻尼可调油气悬架可用于实车,并能有效提升某型越野车辆的行驶平顺性.     

磁流变半主动空气悬架混合天地棚控制策略研究

以磁流变减振器半主动空气悬架为研究对象,基于流体动力学理论建立空气弹簧数学模型,利用试验数据建立磁流变减振器多项式模型。考虑到空气弹簧刚度和磁流变减振器阻尼的非线性,将其以空气弹簧和磁流变减振器非线性力的形式引入到四分之一车辆动力学模型中;以汽车行驶平顺性,轮胎接地性和操纵稳定性的综合性能为控制目标,利用加权系数u引入混合天地棚控制策略,并分析了不同的u值对悬架各性能指标的影响,当u取0.8时,悬架综合性能最好,簧上质量加速度均方根值改善达23.2%,轮胎动载荷均方根值降低17.4%,悬架动行程略有改善。     

车辆半主动油气悬架模糊控制的建模与仿真

为对某工程车辆半主动悬架系统进行可靠控制,针对单筒式油气弹簧建立了数学模型,分析了其刚度特性和阻尼特性以及节流小孔面积的改变对阻尼的影响. 提出在防止悬架频繁击穿前提下改善车辆平顺性要求的控制思想,以悬架动挠度及其随时间变化率为控制输入,建立控制模型,并制定模糊控制规则,设计了模糊控制器. 分别针对正弦路面激励、积分白噪声随机路面激励以及瞬态阶跃路面激励进行仿真. 仿真结果表明:模糊控制策略在悬架半主动控制的应用,不仅可减小悬架击穿的概率,也从统计角度改善了车辆平顺性.      

车辆悬架系统的自适应模糊控制(英文)

悬架是用来支持车身的系统,通过隔离道路干扰使得乘客感觉舒适、并确保车辆稳定.为此研究了全车模型悬架系统在下列几种控制方式下的性能:被动控制、半主动控制、自适应标准可加性模型(SAM)下的主动控制.全车模型可以为车辆悬架系统提供一些必要的性能参数,如车身偏移、车轮偏移和悬架偏斜.乘坐的舒适性和车辆的操控性决定了所需悬架系统的性能.乘坐的舒适性取决于车身偏移和乘客座位的偏移,而车辆的稳定由其他自由度(如俯仰和滚转)决定.半主动和主动悬架控制的设计通过MATLAB/SIMULINK加以实现,充分考虑了不规则的路面,并以此验证半主动控制和SAM主动控制的性能.实验结果表明,SAM主动控制能够改善乘坐的舒适性和车辆的操控性.     

采用人群搜索算法的汽车半主动悬架LQG控制

针对某款乘用车的悬架系统,建立1/4车辆2自由度半主动悬架动力学模型,并对模型的输出指标进行加权处理,得到性能指标函数.鉴于性能指标函数中各权重不易确定的特点,运用人群搜索算法对函数各权重进行寻优,并采用线性二次高斯(LQG)最优控制算法对悬架的阻尼力进行控制.最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对悬架的性能进行仿真分析.结果表明:采用基于人群搜索算法的LQG控制能够较好地减小车身加速度(BA)、悬架动挠度(SWS)及轮胎动变形(DTD),有效地改善车辆的平顺性和乘坐舒适性.     

履带车辆半主动油气悬架最佳阻尼匹配

为实现不同行驶工况下半主动油气悬架最佳阻尼的匹配,建立了匹配目标和约束条件。基于多系统联合仿真方法,构建了动力学、液压、控制及道路等模型;并验证了模型的合理性。仿真分析了比例节流阀节流面积对行驶平顺性、悬架动行程及发热功率的影响,得出了使驾驶员处振动最小的最佳阻尼参数。分析表明该值随路况恶化、车速增加而减小,为保证车辆最佳的行驶平顺性,需要设计更大的悬架动行程和散热功率。研究结论为履带车辆半主动油气悬架结构改进及阻尼优化控制提供了依据。     

履带式车辆半主动悬挂的两种控制算法

研究安装可控阻尼减振器的某履带式车辆悬架系统性能指标中的各被控量在3种加权系数组合下LQG控制的性能.根据悬架系统的物理约束条件及台架实验,提出了一种模糊控制规则的产生方法,并以此构成模糊控制器,进行了仿真研究.通过与被动悬挂及LQG控制的比较,证明该模糊控制策略在充分利用动行程空间的情况下,可以更有效地减小振动加速度.     

整车主动悬架平顺性时域仿真与优化

为消除剧烈振动给车辆行驶平顺性与稳定性带来的不良影响,利用拉格朗日法建立路面-车耦合的17自由度动力学方程;通过线性滤波白噪声法,建立路面不平度激励的时域模型;根据现代控制理论建立悬架系统多输入多输出的状态方程.利用线性二次型高斯控制理论设计主动悬架控制器,通过粒子群算法（PSO）对控制器的加权参数进行优化.仿真结果表明:车辆平顺性在主动悬架系统的控制下得到了较大的提升,同时车辆的操纵稳定性、结构稳定性均有所改进,车辆的综合性能有了全面的提高.